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技術 電力供給システム及び電力供給方法

出願人 中国電力株式会社
発明者 土居崇石川文雄河内清次
出願日 2016年6月28日 (4年6ヶ月経過) 出願番号 2016-127846
公開日 2018年1月11日 (2年11ヶ月経過) 公開番号 2018-007343
状態 特許登録済
技術分野 交流の給配電
主要キーワード 電力量制御 電力供給設備 不平衡状態 送電損失 検出入力 軸状部材 微小変動 需要電力量
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題

需要家への電力供給を安定化する。

解決手段

電力供給システム1は、需要家が電力を使用するための負荷に電力を供給する電力系統100と、電力系統100に電力を供給する電力供給部10と、電力系統100と電気的に接続されて所定の回転速度で回転しており、電力に応じて回転速度が変化する回転部30と、回転部30の回転速度が変化する際における電力系統100と回転部30との間の電力又は電流を検出する変動検出部50と、変動検出部50の検出結果に応じて、電力供給部10が供給する電力の電力量を制御する電力量制御部20と、を有する。

概要

背景

電力系統では、発電所分散型電源などの電源を含む)で発電した電力需要家に供給している。この電力の安定供給のためには、需要送電損失を含む)と供給(発電量)とを常に合致させることが必要であり、そのバランス崩れると電力系統の周波数が変動する。従って、需要と供給との不平衡は、電力系統の周波数によって検出される。

所定の動力回転体を回転させて発電を行う発電機を用いて電力を供給する場合、需要電力系統電力との不平衡は、回転体の回転速度(回転周波数)の変動により検出することができる。この場合、この回転体の回転速度の変動に応じて動力を調整することで、需要電力と系統電力とのバランスをとる。例えば、系統電力が一定で需要家が使用する電気製品等の負荷が増加した場合、需要電力が大きくなり、回転体の回転速度が低下する。このように回転体の回転速度低下を検出した場合、系統電力の電力量を増加させて、需要電力と系統電力とのバランスがとられる。

一方、回転体を有さない電池等により電力を供給する場合、需要電力と系統電力との不平衡は、電力系統の周波数変動計測することにより検出される。そして、この系統電力の周波数変動に応じて電池の供給する電力量を調整することにより、需要電力と系統電力とのバランスがとられる。例えば、特許文献1には、電力系統の周波数変動を測定して充放電量を制御する技術が記載されている。

概要

需要家への電力供給を安定化する。電力供給システム1は、需要家が電力を使用するための負荷に電力を供給する電力系統100と、電力系統100に電力を供給する電力供給部10と、電力系統100と電気的に接続されて所定の回転速度で回転しており、電力に応じて回転速度が変化する回転部30と、回転部30の回転速度が変化する際における電力系統100と回転部30との間の電力又は電流を検出する変動検出部50と、変動検出部50の検出結果に応じて、電力供給部10が供給する電力の電力量を制御する電力量制御部20と、を有する。

目的

本発明は、上記課題を解決するために、需要家への電力供給を安定化する電力供給システム及び電力供給方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

需要家電力を使用する負荷に電力を供給する電力系統と、前記電力系統に前記電力を供給する電力供給部と、前記電力系統と電気的に接続され、前記電力に応じて回転速度が変化する回転部と、前記回転部の回転速度が変化する際における前記電力系統と前記回転部との間の電力又は電流を検出する変動検出部と、前記変動検出部の検出結果に応じて、前記電力供給部が供給する前記電力の電力量を制御する電力量制御部と、を有する電力供給システム

請求項2

前記電力系統は、前記電力供給部と前記負荷とを接続する配電線を有し、前記回転部は、前記配電線から分岐して前記配電線に接続されている、請求項1に記載の電力供給システム。

請求項3

前記電力供給部は、発電するための回転体を有さない、請求項1又は請求項2に記載の電力供給システム。

請求項4

前記電力供給部は、電池である、請求項3に記載の電力供給システム。

請求項5

発電し、前記電力系統に系統電力を供給する発電部をさらに有する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電力供給システム。

請求項6

前記発電部は、回転体を有し、前記回転体を回転させて発電する、請求項5に記載の電力供給システム。

請求項7

需要家が電力を使用する負荷が接続された電力系統に、電力供給部から電力を供給するステップと、前記電力系統と電気的に接続されて、前記電力に応じて回転速度が変化する回転部と前記電力系統との間の電力又は電流を検出するステップと、前記電力系統と前記回転部との間の電力又は電流の検出結果に応じて、前記電力供給部による前記電力の電力量を制御させるステップと、を有する、電力供給方法

技術分野

0001

本発明は、電力供給システム及び電力供給方法に関する。

背景技術

0002

電力系統では、発電所分散型電源などの電源を含む)で発電した電力需要家に供給している。この電力の安定供給のためには、需要送電損失を含む)と供給(発電量)とを常に合致させることが必要であり、そのバランス崩れると電力系統の周波数が変動する。従って、需要と供給との不平衡は、電力系統の周波数によって検出される。

0003

所定の動力回転体を回転させて発電を行う発電機を用いて電力を供給する場合、需要電力系統電力との不平衡は、回転体の回転速度(回転周波数)の変動により検出することができる。この場合、この回転体の回転速度の変動に応じて動力を調整することで、需要電力と系統電力とのバランスをとる。例えば、系統電力が一定で需要家が使用する電気製品等の負荷が増加した場合、需要電力が大きくなり、回転体の回転速度が低下する。このように回転体の回転速度低下を検出した場合、系統電力の電力量を増加させて、需要電力と系統電力とのバランスがとられる。

0004

一方、回転体を有さない電池等により電力を供給する場合、需要電力と系統電力との不平衡は、電力系統の周波数変動計測することにより検出される。そして、この系統電力の周波数変動に応じて電池の供給する電力量を調整することにより、需要電力と系統電力とのバランスがとられる。例えば、特許文献1には、電力系統の周波数変動を測定して充放電量を制御する技術が記載されている。

先行技術

0005

特開2008−178215号公報

発明が解決しようとする課題

0006

電力供給においては、系統事故時などに即応性の高い制御が求められている。上述のように、一般的にタービン等の回転体を有する発電機は、例えばガバナにより、タービンの回転速度に基づいてエネルギー入出力を検出する。発電機は、ガバナにより、このエネルギーの入出力に基づいて系統電力量を調整する。また、タービン等の回転体を有さない電池等は、電力系統の周波数変動に基づいて系統電力量を調整する。タービンの回転速度の変動の検出、及び電力系統の周波数変動の検出は、実際の需要電力量変化速度よりも遅い。従って、このような場合、需要電力の変動に対する系統電力の電力量制御応答速度が遅くなる。この場合、需要家への電力供給が不安定となる恐れがある。また、系統事故時などにおいて即応性が低下する制御となる。

0007

本発明は、上記課題を解決するために、需要家への電力供給を安定化する電力供給システム及び電力供給方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電力供給システムは、需要家が電力を使用するための負荷に電力を供給する電力系統と、前記電力系統に前記電力を供給する電力供給部と、前記電力系統と電気的に接続されて所定の回転速度で回転しており、前記電力に応じて回転速度が変化する回転部と、前記回転部の回転速度が変化する際にける前記電力系統と前記回転部との間の電力又は電流を検出する変動検出部と、前記変動検出部の検出結果に応じて、前記電力供給部が供給する前記電力の電力量を制御する電力量制御部と、を有する。

0009

前記電力供給システムの他の形態において、前記電力系統は、前記電力供給部と前記負荷とを接続する配電線を有し、前記回転部は、前記配電線から分岐して前記配電線に接続されていることが好ましい。

0010

前記電力供給システムの他の形態において、前記電力供給部は、発電するための回転体を有さない。

0011

前記電力供給システムの他の形態において、前記電力供給部は、放電が可能な電池であることが好ましい。

0012

前記電力供給システムの他の形態において、前記電力系統に系統電力を供給するために発電を行う発電部をさらに有することが好ましい。

0013

前記電力供給システムの他の形態において、前記発電部は、発電するための回転体を有してもよい。

0014

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の電力供給方法は、需要家が電力を使用するための負荷に電力を供給する電力系統に、電力供給部により前記電力を供給するステップと、前記電力系統と電気的に接続されて所定の回転速度で回転している回転部に、前記電力に応じて回転速度を変化させるステップと、前記回転部の回転速度が変化する際における前記電力系統と前記回転部との間の電力又は電流を検出するステップと、前記電力系統と前記回転部との間の電力又は電流の検出結果に応じて、前記電力供給部による前記電力の電力量を制御させるステップと、を有する。

発明の効果

0015

本発明によれば、需要家への電力供給を安定化することができる。

図面の簡単な説明

0016

図1は、第1実施形態に係る電力供給システムの構成を示す模式図である。
図2は、第1実施形態に係る回転部の構成の一例を示す模式図である。
図3は、第1実施形態に係る電力供給システムによる系統電力の制御を説明するフローチャートである。
図4は、系統電力の瞬時電圧波形の一例を示すグラフである。
図5は、分岐線に供給される電力量の変化の一例を示すグラフである。
図6は、第2実施形態に係る電力供給システムの構成を示す模式図である。

実施例

0017

以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

0018

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る電力供給システムの構成を示す模式図である。図1に示すように、第1実施形態に係る電力供給システム1は、電力供給部10と、電力量制御部20と、回転部30と、変動検出部50と、電力系統100と、分岐線102とを有する。電力系統100は、配電線101と、図示しない変電設備等を有する。配電線101は、需要家の有する設備120に配置される負荷としての負荷110が、複数接続されている配電線である。電力供給システム1は、電力量制御部20の制御により、電力供給部10が電力系統100を介して負荷110に電力としての系統電力を供給する電力供給システムである。

0019

ここで、需要家とは、電気の供給を受けて使用している者をいう。また、負荷110は、需要家が電気を使用するための負荷であり、電力を消費して所定の動作を行う電気設備である。負荷110は、負荷が変動する。本実施形態において、電力系統100は、複数の負荷110が接続されている。電力系統100は、1つの負荷110が接続されているものでもよい。すなわち、電力供給システム1は、複数の需要家に対応するものであってもよく、1つの需要家に対して個別に対応するシステムであってもよい。

0020

電力供給部10は、電力量制御部20を介して配電線101に電気的に接続されている。すなわち、配電線101は、電力供給部10と負荷110とを接続する。電力供給部10は、電力量制御部20の制御に従い、電力系統100に電力としての系統電力Pを供給するものである。系統電力Pは、配電線101を介して負荷110に供給される電力である。

0021

電力供給部10は、発電するための回転体を有さずに放電を行う電力源である。ここでいう回転体は、回転運動することにより発電を行うものであり、タービンで回転される発電機や、ディーゼル発電機等に設けられるものである。言い換えれば、電力供給部10は、回転体を回転させる方式とは別の方式で放電を行う電力源である。本実施形態において、電力供給部10は、回転体を有さずに放電を行う電池である。さらに詳しくは、本実施形態において、電力供給部10は、蓄電池である。ただし、電力供給部10は、蓄電池の種類に限られず、例えば鉛蓄電池リチウムイオン電池ナトリウム硫黄電池等であってもよく、燃料電池等であってもよい。また、電力供給部10は、これらに限られず、発電するための回転体を有さず、光、熱、化学エネルギー等を電気エネルギーに変換して放電若しくは充電、又は放電及び充電を行うものであってよい。

0022

電力量制御部20は、電力供給部10と電気的に接続され、電力供給部10が供給する系統電力Pの電力量を制御する装置である。本実施形態において、電力量制御部20は、電力供給部10の系統電力Pを制御するPCS(Power Conditioning System)である。電力量制御部20は、電力供給部10が生成した直流電力交流電力に変換する。また、電力量制御部20は、変動検出部50の検出結果に応じて、系統電力Pの電力量を制御する。

0023

図1に示すように、分岐線102は、配電線101から分岐される配線であり、回転部30及び変動検出部50と、配電線101との間に設けられる。言い換えれば、回転部30及び変動検出部50は、分岐線102により、電力供給部10と負荷110とを接続する配電線101から分岐して、配電線101に接続されている。

0024

図1に示すように、電力供給部10から供給された系統電力Pは、電力量制御部20によって交流電力に変換されて電力系統100の配電線101に供給される。配電線101に供給された系統電力Pは、配電線101と分岐線102との接続箇所で分岐され、負荷110に系統電力P0として流れ、回転部30に回転用電力P1として流れる。電力供給部10は、配電線101を介して負荷110に系統電力P0を供給し、負荷110に電力を供給する。また、電力供給部10は、分岐線102を介して回転部30に回転用電力P1を供給し、回転部30を所定の回転数で回転させる。なお、回転部30が慣性力により系統電力Pの周波数と同期する周波数で回転し続けることが可能である場合、回転用電力P1の値は、ゼロであってもよい。

0025

回転部30は、分岐線102を介して、配電線101に電気的に接続される。回転部30は、分岐線102から回転用電力P1が入力され、回転用電力P1(系統電力P)の周波数と対応する周波数で回転する。図2は、第1実施形態に係る回転部の構成の一例を示す模式図である。図2に示すように、回転部30は、電動部40と、軸部46と、フライホイール部48とを有する。

0026

電動部40は、軸状部材である軸部46が取り付けられている。電動部40は、配電線101と電気的に接続されている。電動部40は、分岐線102に流れる回転用電力P1により、軸部46を軸方向中心に回転させる。電動部40は、供給される電力で軸部46及びフライホイール部48を回転させることで、供給された電気エネルギーを軸部46及びフライホイール部48の回転による運動エネルギーとして保持する。また、電動部40は、軸部46及びフライホイール部48の回転による運動エネルギーを電気エネルギーに変換して、放電を行う。すなわち、電動部40は、電動機としての機能と、電力供給源としての機能とを有する。

0027

より詳しくは、電動部40は、回転子42及び固定子44を有する。回転子42は、磁性を有する部材である。回転子42は、軸部46に固定されている。固定子44は、回転子42の外周に設けられる筒状の部材であり、分岐線102と電気的に接続されている。回転子42は、分岐線102を介して固定子44に供給された回転用電力P1により励磁され、回転用電力P1の周波数と同じ周波数で回転する。電動部40は、回転子42の回転に伴い、軸部46を、回転用電力P1の周波数と同じ周波数で回転させる。

0028

上述のように、回転用電力P1は、系統電力P、P0と同じ周波数の交流電力である。従って、電動部40は、系統電力Pの周波数と同じ周波数で、軸部46を回転させる。言い換えれば、系統電力Pの周波数と、軸部46の回転速度は、同期している。したがって、軸部46は、系統電力Pの電圧変動の1周期で1回転する。なお、軸部46の回転周波数(回転速度)と系統電力Pの周波数とは、互いに対応していれば、同じでなくてもよい。例えば、軸部46の回転周波数(回転速度)は、系統電力Pの周波数の2倍等であってもよい。

0029

フライホイール部48は、軸部46に固定されており、軸部46より径が大きい円板状の部材である。フライホイール部48は、軸部46の回転に伴い、系統電力Pの周波数と同じ周波数で回転する。フライホイール部48は、軸部46よりも径が大きく慣性力が大きく、軸部46の回転を安定させる。このように、回転部30は、軸部46及びフライホイール部48が、系統電力Pの周波数と同期して、系統電力Pと同じ周波数で回転する。以上、回転部30について説明したが、回転部30は、系統電力Pの周波数と対応した周波数で回転するものであれば、このような構成に限られない。

0030

このように、回転部30は、回転用電力P1が供給されることにより、系統電力Pの周波数と同じ周波数で回転する。系統電力Pと需要電力とが平衡している通常時には、分岐線102に一定の周波数の回転用電力P1が流れており、回転部30は、系統電力P(回転用電力P1)の周波数と一致する一定の周波数で回転している。なお、回転部30は、系統電力Pの周波数と一致する周波数で回転するための電力を、電力供給部10とは異なる別の電力源によって供給されていてもよい。この場合、この別の電力源は、例えば分岐線102と接続されていない別の配線によって、回転部30と接続されている。

0031

一方、回転部30は、系統電力Pと需要電力とに不平衡が生じた場合、不平衡の状態に応じて保持する運動エネルギーが変化し、分岐線102を介して電力(電流)が入力又は出力されて、回転周波数が変化する。そして、そのまま不平衡状態が続くと、系統電力Pの周波数が変化する。この場合、変動後の回転部30の回転周波数は、変動後の系統電力Pの周波数と対応する(本実施形態では一致する)。ただし、変動後の回転部30の回転周波数は、変動後の系統電力Pの周波数に対応するものでなくてもよい。

0032

具体的には、系統電力Pの電力量が過剰になった場合、すなわち系統電力Pの電力量が需要電力量よりも大きくなった場合、回転部30を回転させる回転用電力P1がその過剰分だけ大きくなり、回転部30の回転周波数(回転速度)が上昇する。その後、系統電力Pの電力量の過剰状態が続いた場合、系統電力Pの周波数が上昇する。そして、回転部30の回転周波数の周波数は、系統電力Pの周波数と同じとなる。

0033

また、系統電力Pの電力量が不足する状態になった場合、すなわち系統電力Pの電力量が需要電力量よりも小さくなった場合、回転部30は、蓄えていた運動エネルギーを電気エネルギーに変換して電力系統100に放出する。この際、回転部30は、放出したエネルギー分だけ、回転周波数(回転速度)を低下させる。その後、系統電力Pの電力量の不足状態が続いた場合、系統電力Pの周波数は、低下する。そして、回転部30の回転周波数の周波数は、系統電力Pの周波数と同じとなる。

0034

ここで、系統電力Pの電力量が過剰になり回転部30の回転周波数が上昇する場合、回転部30の回転周波数を上昇させるための電力(電流)が、回転部30に入力されているということができる。以下、この電力を検出入力電力PAとする。系統電力Pの電力量が過剰になった場合、回転部30は、配電線101及び分岐線102を介して、電力供給部10から検出入力電力PAが入力されるということができる。この検出入力電力PAの電力量は、系統電力Pの周波数上昇量に対応する。

0035

また、系統電力Pの電力量が不足して回転部30の回転周波数が低下する場合、回転部30は、運動エネルギーから変換した電力(電流)を出力しているということができる。以下、この電力を検出出力電力PAとする。系統電力Pの電力量が不足した場合、回転部30は、分岐線102に検出出力電力PAを出力するということができる。この検出出力電力PAの電力量は、系統電力Pの周波数低下量に対応する。なお、検出入力電流PAと検出出力電力PAとは、同じ位置に流れる電力である。ただし、検出出力電力PAの値は、検出入力電流PAの値とは、正負逆転した値となっている。検出入力電力PA及び検出出力電力PAの値は、系統電力Pと需要電力との不平衡の度合いによって決まる。従って、系統電力Pと需要電力との不平衡の度合いの絶対値が同じ場合において、検出入力電力PA及び検出出力電力PAは、絶対値が同じである。ただし、系統電力Pと需要電力との不平衡の度合いが異なる場合において、検出入力電力PA及び検出出力電力PAは、絶対値が互いに異なるものである。

0036

このように、回転部30は、系統電力Pと需要電力とが平衡している通常時に所定の回転周波数で回転している。そして、回転部30は、系統電力Pと需要電力とが不平衡となった場合、検出入力電力PAが入力、又は検出出力電力PAを出力する。この検出入力電力PA及び検出出力電力PAは、分岐線102を介して出入力される。言い換えれば、分岐線102は、系統電力Pと需要電力とが不平衡となって回転部30の回転速度が変化する際に電力が供給される。分岐線102は、系統電力Pが過剰状態になった場合に検出入力電力PAが供給され、系統電力Pが不足状態になった場合に検出出力電力PAが供給される。

0037

図1及び図2に示すように、変動検出部50は、分岐線102を介して、回転部30と電気的に接続されている。変動検出部50は、系統電力Pと需要電力とが不平衡となって、回転部30の回転速度が変化する際に分岐線102に供給される電力(検出入力電力PA及び検出出力電力PA)、又は分岐線102に流れる電流を検出する。すなわち、検出入力電力PAは、電力供給部10から、電力系統100及び分岐線102を介して、変動検出部50に入力される電力であるということもできる。また、変動検出部50は、分岐線102に供給される電力を単位時間毎に測定(サンプリング)する。従って、変動検出部50は、分岐線102に検出入力電力PA及び検出出力電力PAが供給されているかを、単位時間毎に検出することができる。さらに、変動検出部50は、検出入力電力PA及び検出出力電力PAの電力量変動を、単位時間毎に検出することができる。

0038

本実施形態の変動検出部50は、電力を検出したが、電流を検出してもよい。変動検出部50は、分岐線102に流れる電流を検出する場合、検出入力電力PAに対応する電流を検出入力電流として検出し、検出出力電力PAに対応する電流を検出出力電流として検出する。検出入力電流は、系統電力Pの電力量が過剰になった場合に、配電線101及び分岐線102を介して、電力供給部10から回転部30に入力される電流である。検出出力電流は、系統電力Pの電力量が不足場合に、回転部30から分岐線102に出力される電流である。

0039

変動検出部50は、電力量制御部20にも電気的に接続されている。変動検出部50は、系統電力Pと需要電力とが不平衡となって、回転部30の回転速度が変化する際に分岐線102に供給される電力の検出結果(検出入力電力PA及び検出出力電力PAの検出結果)を、電力量制御部20に出力する。電力量制御部20は、検出入力電力PA及び検出出力電力PAの検出結果に基づき、系統電力Pの電力量を制御する。より詳しくは、電力量制御部20は、検出入力電力PA及び検出出力電力PAの検出結果から、回転部30に入力及び出力される電力の変動値を算出し、この電力の変動値に基づいて、電力供給部10が供給する系統電力Pの電力量を制御する。

0040

なお、図1に示すように、回転部30は、電力供給設備130内に設置されている。電力供給設備130は、電力を供給するために電力供給部10及び電力量制御部20が設置されている設備である。回転部30は、電力供給設備130内に設置されているため、電力量制御部20の近くに位置する。従って、電力量制御部20は、回転部30に入力及び出力される電力の変動を、迅速に検出することができる。なお、回転部30は、電力供給設備130に配置されなくてもよく、その配置も任意に設定することができる。ただし、回転部30は、需要家の有する設備120よりも、電力供給部10及び電力量制御部20の近くに配置されていることが好ましい。なお、図1においては、変動検出部50も、電力供給設備130内に設置されているが、変動検出部50は、回転部30及び電力量制御部20と電気的に接続されていれば、その設置位置は任意である。

0041

次に、電力供給システム1による系統電力Pの制御を、フローチャートに基づき説明する。図3は、第1実施形態に係る電力供給システムによる系統電力の制御を説明するフローチャートである。

0042

電力供給システム1による系統電力Pの制御を行う場合、図3に示すように、電力供給システム1は、最初に、変動検出部50により、分岐線102に供給される電力を検出する(ステップS10)。変動検出部50は、分岐線102に供給される電力を、一定時間毎に測定(サンプリング)する。

0043

変動検出部50が分岐線102に供給される電力を検出したら、電力供給システム1は、電力量制御部20により、分岐線102に検出入力電力PA及び検出出力電力PAが供給されているかを判断する(ステップS12)。具体的には、電力量制御部20は、変動検出部50から、分岐線102に供給される電力の情報を、逐次取得する。電力量制御部20は、分岐線102に供給される電力の測定結果が、前のタイミングにおける分岐線102に供給される電力の測定結果と異なっている場合、分岐線102に検出入力電力PA又は検出出力電力PAが流れていると判断する。

0044

ここで、時間tにおいて、分岐線102に供給されて回転部30に入力される電力をPAtとする。そして、時間tの直前のタイミングにおいて分岐線102に供給されて回転部30に入力される電力を測定した時間を、時間t−1とし、時間t−1における分岐線102に供給されて回転部30に入力される電力をPAt-1とする。電力量制御部20は、分岐線102に供給される電力量の変動値、すなわち回転部30に入力又は出力される電力の変動値である電力変動値ΔPtを、次の式(1)により算出する。

0045

ΔPt=PAt−PAt-1 ・・・(1)

0046

電力量制御部20は、電力変動値ΔPtが0であれば、分岐線102に検出入力電力PA及び検出出力電力PAが供給されていないと判断する。電力量制御部20は、ΔItが0でない場合、分岐線102に検出入力電力PA又は検出出力電力PAが供給されていると判断する。より詳しくは、電力量制御部20は、電力変動値ΔPtが0より大きければ、分岐線102に検出入力電力PAが供給されていると判断し、電力変動値ΔPtが0より小さければ、分岐線102に検出出力電力PAが供給されていると判断する。ただし、電力量制御部20は、電力変動値ΔPtが所定の閾値の範囲内であれば、検出入力電力PA及び検出出力電力PAが流れていないと判断し、所定の閾値の範囲外であれば、検出入力電力PA及び検出出力電力PAが流れていないと判断してもよい。この所定の閾値は、電力量の微小変動又は測定誤差等を案して設定することができる。

0047

また、上述のように、系統電力Pと需要電力とが平衡状態である通常時、分岐線102には回転用電力P1が流れている。従って、電力量制御部20は、PAt-1との比較を行うことなく、PAtが回転用電力P1より所定の値以上大きい場合に検出入力電力PAが供給されていると判断し、PAtが回転用電力P1より所定の値以上小さい場合に検出出力電力PAが供給されていると判断してもよい。また、電力量制御部20は、検出入力電力PA又は検出出力電力PAのどちらが供給されているかを特定することなく、PAtが回転用電力P1から所定の値だけ変動している場合に、検出入力電力PA又は検出出力電力PAのいずれかが供給されている、すなわち系統電力Pと需要電力とが不平衡であると判断してもよい。

0048

分岐線102に検出入力電力PA又は検出出力電力PAが供給されていると判断した場合(ステップS12でYes)、電力供給システム1は、電力量制御部20により、検出入力電力PA又は検出出力電力PAの値に基づき、必要系統電力量を算出する(ステップS14)。上述のように、検出入力電力PA及び検出出力電力PAの電力量は、系統電力Pの周波数の変動値と対応する。すなわち、分岐線102に検出入力電力PA又は検出出力電力PAが供給されている場合、需要電力と系統電力Pとに不平衡が生じており、系統電力Pの周波数が変動している。電力量制御部20は、変動した系統電力Pの周波数を元の周波数に戻すために必要な系統電力Pの電力量である必要系統電力量を、回転部30に入力及び出力される電力の変動値である電力変動値ΔPtに基づき算出する。なお、必要系統電力量は、言い換えれば、需要電力の電力量と平衡するために必要な系統電力Pの電力量である。

0049

必要系統電力量を算出した後、電力供給システム1は、電力量制御部20により、必要系統電力量に基づき、電力供給部10が電力系統100に供給するための系統電力Pの電力量を調整する(ステップS16)。電力量制御部20は、必要系統電力量が現在の系統電力Pの電力量より大きい場合、電力供給部10の系統電力Pの電力量を大きくし、必要系統電力量が現在の系統電力Pの電力量より小さい場合、電力供給部10の系統電力Pの電力量を小さくする。

0050

電力供給部10の系統電力Pの電力量を調整したら、電力供給システム1による電力の制御処理は終了する。その後、電力供給システム1は、変動検出部50により、次のタイミングでの分岐線102に供給される電力を測定し、同様の処理を繰り返す。なお、分岐線102に検出入力電力PA及び検出出力電力PAが供給されていない(すなわち検出入力電力PA又は検出出力電力PAがゼロ)と判断した場合(ステップS12でNo)、電力供給部10の系統電力Pの電力量を調整せずに、系統電力Pの制御処理は終了する。

0051

系統電力Pの周波数は、系統電力Pと需要電力とに不平衡が生じた場合に変動する。電力供給システム1は、回転部30において、系統電力Pと需要電力とに不平衡が生じた場合に、検出入力電力PAが入力、又は検出出力電力PAを出力する。そして、電力供給システム1は、変動検出部50により、検出入力電力PA又は検出出力電力PAを検出し、電力量制御部20により、検出入力電力PA又は検出出力電力PAの電力量に基づいて系統電力Pの電力量を調整する。従って、電力供給システム1は、系統電力Pと需要電力とに不平衡を抑制することができる。なお、変動検出部50が電流(検出入力電流又は検出出力電流)を検出する場合、電力量制御部20は、この検出入力電流又は検出出力電流の電流値に基づき、系統電力Pの電力量を調整する。

0052

さらに、電力供給システム1は、検出入力電力PA又は検出出力電力PAの電力量に基づいて系統電力Pの電力量を調整するため、系統電力Pと需要電力との不平衡を迅速に検出することができる。この点について、比較例を用いて説明する。

0053

図4は、系統電力の瞬時電圧波形の一例を示すグラフである。図4横軸は、時間であり、縦軸は、系統電力Pの三相交流中の一相の瞬時電圧である。図4は、系統電力Pの周波数(系統電力Pの三相交流中の一相の瞬時電圧の周波数)が変動した場合を示している。図4曲線C1は、所定の周波数f1を有する系統電力Pの瞬時電圧の変動を示している。図4の曲線C2は、系統電力Pの周波数がf2に変動した場合の系統電力Pの瞬時電圧の変動を示している。すなわち、曲線C1、C2は、所定の時刻t1において、系統電力Pと需要電力との間に不平衡が生じ、系統電力Pの周波数が周波数f1から周波数f2に変化していることを示す。

0054

このように系統電力Pの周波数が変動した場合、比較例に係る電力供給システムは、系統電力Pの瞬時電圧波形を検出し、この瞬時電圧波形に基づいて、系統電力Pの周波数を算出する。そして、比較例に係る電力供給システムは、算出した系統電力Pの周波数から、系統電力Pの周波数変動を検出して、系統電力Pの電力量を調整する。

0055

系統電力Pの周波数を算出するには、瞬時電圧波形を検出する必要がある。さらに詳しくは、通常、系統電力Pの周波数は、周波数変動が安定した後に算出する必要があるため、複数周期における電圧波形から算出される。例えば、比較例においては、時刻t1において周波数が変動した場合、周波数が変動した後の3周期の電圧波形を検出して、系統電力Pの周波数を算出する。すなわち、比較例に係る電力供給システムは、周波数が変動した後の3周期後の時刻t2を経過しなければ、系統電力Pの周波数変動を検出して、系統電力Pの電力量を調整することができない。

0056

一方、第1実施形態に係る電力供給システム1は、検出入力電力PA又は検出出力電力PAに基づいて、系統電力Pの電力量を調整する。図5は、分岐線に供給される電力量の変化の一例を示すグラフである。分岐線102に供給される電力量、すなわち検出入力電力PA又は検出出力電力PAは、系統電力Pと需要電力との間に不平衡が生じた場合に、瞬時に供給される。また、検出入力電力PA又は検出出力電力PAは、系統電力Pの周波数変動の値に対応する。従って、図5に示すように、系統電力Pの周波数がf1である時刻t1までは、分岐線102に流れる電力値実効電力値)は、回転用電力P1の電力値であり、検出入力電力PA又は検出出力電力PAが供給されていない。そして、時刻t1において不平衡が生じる(系統電力Pの周波数がf2に変化する)と、分岐線102に供給される電力値は、検出出力電力PAの電力値に変化する。すなわち、第1実施形態に係る電力供給システム1は、時刻t1における系統電力Pと需要電力との間の不平衡(系統電力Pの周波数変化)を、時刻t1の直後において検出することができる。

0057

以上のように、比較例では、周波数変動を検出するため、周波数変動が安定してから処理を行う必要があるが、本実施形態では、電力変動を検出するため、電力変動が生じた直後に処理を行うことができる。本実施形態に係る電力供給システム1は、電力系統100と、電力系統100に系統電力Pを供給する電力供給部10と、電力系統100と電気的に接続されて所定の回転速度で回転しており、系統電力Pに応じて回転速度が変化する回転部30と、回転部30の回転速度が変化する際における電力系統100と回転部30との間(分岐線102)の電力を検出する変動検出部50と、変動検出部50の検出結果に応じて系統電力Pの電力量を制御する電力量制御部20と、を有する。電力供給システム1は、回転部30の回転速度が変化する際に分岐線102に供給される電力、すなわち検出入力電力PA又は検出出力電力PAを検出するため、系統電力と需要電力との不平衡を迅速に検出して、この不平衡を迅速に解消することができる。従って、電力供給システム1は、需要家への電力供給を安定化することができる。

0058

また、電力系統100は、電力供給部10と負荷110とを接続する配電線101を有し、回転部30は、この配電線101から分岐して配電線101に接続されている。すなわち、回転部30は、負荷110とは分岐して配電線101に接続されている。従って、電力供給システム1は、検出入力電力PA又は検出出力電力PAを適切に検出することができる。

0059

また、電力供給部10は、発電するための回転体を有さない。電力供給部10は、回転体を有さないため、電力供給量を調整する場合に、回転体を回転させるための動力を調整する必要なく、電力供給量の調整を迅速に行うことができる。従って、電力供給システム1は、需要家への電力供給をより好適に安定化することができる。ただし、電力供給部10は、回転体を有し、所定の動力で回転体を回転させることにより発電する発電機であってもよい。

0060

また、電力供給部10は、電池であり、電力量を変動させることができる。従って、第1実施形態に係る電力供給システム1は、回転体を回転させることにより発電する発電機よりも系統電力Pの電力量を迅速に調整することができ、需要家への電力供給を安定化することができる。

0061

(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。第2実施形態に係る電力供給システム1aは、発電部12aを有する点で、第1実施形態に係る電力供給システム1と異なる。第2実施形態において、第1実施形態と共通する箇所の説明は省略する。

0062

図6は、第2実施形態に係る電力供給システムの構成を示す模式図である。図6に示すように、第2実施形態に係る電力供給システム1aは、電力供給部10aと、発電部12aと、電力量制御部20aを有する。

0063

発電部12aは、発電し、電力系統100に系統電力Paを供給する。本実施形態において、発電部12aは、回転体を有し、所定の動力により回転体を回転させることにより発電する発電機である。発電部12aは、電力系統100の配電線101に接続されており、電力供給設備130a内に設置されている。ただし、発電部12aは、第1実施形態に係る電力供給部10と同様に、発電するための回転体を有さないものであり、例えば放電可能な電池であってもよい。また、発電部12aは、電力供給設備130a外に設置されていてもよい。また、電力供給部10aは、第1実施形態に係る電力供給部10と同様の構成であるが、第1実施形態と異なり、系統電力を補助的に供給するものである。

0064

発電部12aは、系統電力Paを電力系統100に供給している。電力系統100の配電線101に供給された系統電力Paは、配電線101と分岐線102との接続箇所で分岐され、負荷110に系統電力Pa0として流れ、回転部30に回転用電力Pa1として流れる。一方、電力供給部10aは、系統電力Pと需要電力とが平衡状態である通常時において、電力系統100に電力を供給していない。ただし、電力供給部10aは、通常時において、発電部12aと共に電力系統100に系統電力を供給するものであってもよい。

0065

系統電力Pと需要電力との間に不平衡が生じた場合、第1実施形態と同様に、分岐線102には、検出入力電力PA又は検出出力電力PAが供給される。電力量制御部20aは、検出入力電力PA又は検出出力電力PAが流れていると判断した場合、電力供給部10aによる電力供給、及び発電部12aによる系統電力Paの電力量を制御する。具体的には、電力量制御部20aは、検出入力電力PAが供給されている場合、系統電力Paの電力量が不足していると判断し、不足分の電力である系統電力Pa’を、電力供給部10aに出力させる。または、この場合、電力量制御部20aは、電力供給部10a及び発電部12aの双方により、系統電力Pa’を出力させてもよい。系統電力Pa’は、電力系統100に供給されて、系統電力Paの電力量の不足分を充足させる。一方、電力量制御部20aは、検出出力電力PAが供給されている場合、系統電力Paの電力量が需要よりも大きいと判断し、系統電力Paの一部であって需要よりも大きい分の電力を、電力供給部10aに入力(充電)させる。すなわち、電力供給システム1aは、系統電力と需要電力との不平衡があった場合、電力供給部10a及び発電部12aを制御することにより、不平衡を解消している。ただし、電力供給システム1aは、変動検出部50の検出結果によっても発電部12aは変化させず所定の発電量のままとし、変動検出部50による検出入力電力PA又は検出出力電力PAの検出結果に基づき、電力供給部10aのみを制御してよい。

0066

このように、第2実施形態に係る電力供給システム1aは、電力供給部10aに加え、発電して電力系統100に系統電力を供給する発電部12aをさらに有する。電力供給システム1aは、複数の電力源を有することにより、需要家への電力供給をより好適に安定化することができる。なお、第2実施形態では、電力源は電力供給部10aと発電部12aの2つであったが、3つ以上であってもよい。

0067

また、発電部12aは、回転体を有し、回転体を回転させて発電する。従って、電力供給システム1aは、発電部12aにより安定的に系統電力を供給しつつ、系統電力と需要電力との不平衡があった場合には電力供給部10aにより迅速に不平衡を改善することができる。また、例えば、電力供給システム1aは、発電部12aと、複数の電力供給部10aを有することが好ましい。この場合、電力量制御部20aは、複数の電力供給部10aから、系統電力Pa’を供給するために好適な電力供給部を選択して制御することにより、需要家への電力供給をより好適に安定化することができる。

0068

以上、本発明の実施形態について説明したが、これら実施形態の内容によりこの発明が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

0069

1電力供給システム
10電力供給部
20電力量制御部
30 回転部
40電動部
46 軸部
48フライホイール部
50変動検出部
100電力系統
101配電線
110負荷
120設備
130電力供給設備
P、P0系統電力
P1回転用電力

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